O papel dos prótons na biologia e tecnologia
A cada segundo, incontáveis cargas elétricas atravessam o corpo humano. Essas minúsculas cargas são essenciais para a vida; além disso, elas possibilitam a comunicação entre células, impulsionam a produção de energia e sustentam o metabolismo. Portanto, o movimento cuidadoso e controlado dessas cargas pelas membranas celulares e dentro das células atua como um sistema fundamental de controle biológico.
O ácido fosfórico (H3PO4) e compostos relacionados estão presentes em praticamente todos os organismos vivos. Eles são componentes-chave do DNA e RNA, participam das membranas celulares e são centrais no ATP, molécula que armazena e transfere energia nas células. Além disso, esses compostos desempenham papel fundamental na movimentação de cargas positivas, conhecidas como prótons. Fora da biologia, o ácido fosfórico é amplamente utilizado em tecnologias, como baterias e células a combustível, devido à sua excepcional capacidade de conduzir prótons.
Como os prótons se movem pelas moléculas
Os prótons viajam através de materiais que contêm fosfato de uma maneira única. Em vez de se moverem livremente, eles saltam de uma molécula para outra. As ligações de hidrogênio funcionam como caminhos que orientam esse movimento. Por exemplo, esse processo, denominado “transporte de prótons” ou “proton-shuttling”, permite que as cargas se movimentem muito rapidamente.
Embora cientistas já soubessem que o transporte de prótons ocorre, os detalhes moleculares exatos permaneceram obscuros. Para investigar, pesquisadores do Departamento de Física Molecular do Instituto Fritz Haber, em colaboração com equipes de Leipzig e dos Estados Unidos, focaram em uma estrutura molecular chave envolvida nesse processo. Além disso, eles buscaram identificar como os passos iniciais da transferência de prótons realmente acontecem.
Estudo do transporte de prótons em temperaturas extremas
Análises anteriores indicavam que uma molécula carregada negativamente poderia iniciar o transporte de prótons. Essa molécula, conhecida como dímero desprotonado H3PO4·H2PO4–, tornou-se o foco principal do estudo.
Para examiná-la detalhadamente, os cientistas criaram essa molécula em laboratório e a resfriaram a temperaturas extremamente baixas. Ao posicioná-la dentro de uma gotícula de nanopor Helio, eles reduziram sua temperatura para apenas 0,37 graus acima do zero absoluto. Dessa forma, praticamente todas as interferências foram eliminadas, permitindo analisar sua estrutura com alta precisão por meio de espectroscopia no infravermelho.
Além disso, os resultados experimentais foram combinados com cálculos químicos quânticos, métodos que predizem como as moléculas se organizam e se comportam. Portanto, essas abordagens juntas forneceram uma imagem muito mais clara da molécula do que qualquer uma isoladamente.
Uma estrutura única se destaca
Os achados revelaram uma surpresa. Modelos teóricos previam que a molécula poderia existir em duas estruturas possíveis com probabilidades iguais. Entretanto, os dados experimentais indicaram apenas uma configuração estável.
Essa estrutura apresenta rigidez relativa e contém três ligações de hidrogênio conectadas por um átomo de oxigênio compartilhado. Além disso, ela exibe barreiras altas que limitam a movimentação dos prótons internamente. Padrões de ligação semelhantes foram observados em outros aglomerados de ácido fosfórico, sugerindo que essa disposição pode ser um traço comum.
Esses resultados ressaltam um ponto importante: mesmo modelos teóricos avançados podem deixar passar detalhes cruciais, fazendo com que a verificação experimental seja essencial para compreender estruturas moleculares.
Importância dessa descoberta
Essa pesquisa explica a base molecular da notável condutividade de prótons do ácido fosfórico, frequentemente chamada de “rodovia de prótons” da natureza. Ao identificar uma estrutura única e bem definida para o dímero aniônico H3PO4·H2PO4–, os cientistas obtiveram maior compreensão sobre o movimento dos prótons nesses sistemas.
Portanto, esses avanços podem impactar áreas diversas, como o desenvolvimento de novas tecnologias baseadas em transporte iônico. Ademais, compreender melhor essas estruturas pode contribuir para aprimorar pesquisas em terapias celulares contra o câncer e estudos relacionados à longevidade humana, cuja eficiência energética depende do transporte eficiente de íons.
Matéria original: https://www.sciencedaily.com/releases/2026/04/260407193915.htm
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